Военную службу начал в 1736 году солдатом в лейб-гвардии Измайловском полку, в том же году был произведён в офицеры и отправлен к армии, действовавшей против крымских татар. С ней он участвовал во взятии Перекопа и Бахчисарая; затем служил под начальством фельдмаршала Ласси, действовавшего против шведов, и к началу Семилетней войны был уже генерал-майором.
Особенно отличился в боях при Гросс-Егерсдорфе и Цорндорфе. 29 августа 1757 года награждён Орденом Святого Александра Невского. В 1759 году был главным виновником победы при Кунерсдорфе, за что награждён чином генерал-поручика. В 1760 году участвовал, вместе с Чернышёвым, Тотлебеном и Ласси, в занятии Берлина (где отличился, разгромив совместно с казаками Краснощёкова и Туроверова, арьергард корпуса фон Гюльзена, управлял Восточной Пруссией в звании кёнигсбергского генерал-губернатора и начальствовал русскими сухопутными и морскими силами в Померании и Голштинии.
По вступлении на престол Екатерины II (1762) П. И. Панин пожалован в генерал-аншефы и назначен сенатором и членом совета; 1 января 1767 года награждён Орденом Святого апостола Андрея Первозванного; 22 сентября 1767 года возведён в графское достоинство.
В 1769 году ему вверено было начальство над 2-й армией, действовавшей против турок. Разбив неприятеля около Бендер, он расположил свои войска на зимних квартирах между Бугом и Азовским морем, чем воспрепятствовал крымским татарам производить набеги на южные пределы России. В 1770 году им покорены были Бендеры. Во время осады Бендерской крепости он успел переговорами склонить татар буджакских, белгородских и едисанских признать над собой власть России; затем содействовал ускорению сдачи крепости Аккерман.
За эти подвиги 8 октября 1770 года Панин был награждён Орденом Святого Георгия I степени, но вместе с тем известие о победе было принято императрицей довольно сухо, так как она была недовольна большими потерями (до 6000 жизней) и превращением города в развалины. Проживая не у дел в Москве и считая себя обиженным, Панин «критиковал всё и всех» и этими «болтаниями» возбудил к себе ненависть самолюбивой Екатерины, которая стала называть его «первым вралем и себе персональным оскорбителем»; над ним был даже учреждён «присмотр надежных людей».
Крестьянская война 1773—1775 годов снова вызвала Панина на военное поприще: благодаря стараниям Потёмкина и Никиты Ивановича Панина, императрица после смерти Бибикова, в 1774 году поручила Панину начальство над всеми войсками против Пугачёва и над губерниями Казанской, Оренбургской и Нижегородской. Среди восставших распространился слух, будто Панин как «брат дядькин его императорского высочества», едет «встречать с хлебом-солью государя» Петра Фёдоровича, за которого выдавал себя атаман. Вскоре после назначения армия Пугачёва была разбита, а сам он пленён. Панин обратил особенное внимание на устройство разорённых губерний, на ослабление возникшего голода и вообще на беспорядки в управлении: неспособность и бездеятельность администрации, лихоимство и пр.
За усмирение мятежа граф Панин получил похвальную грамоту, золотую шпагу с брильянтами, алмазные знаки к Ордену Святого апостола Андрея Первозванного и 60 тысяч рублей «на поправление экономии».
С осени 1775 года П. И. Панин, страдая всё более и более от болезней, уже не принимал непосредственного участия в государственных делах. В 1778 году ему было предложено звание почётного благотворителя С.-Петербургского Воспитательного дома, но он отказался от этой чести. Тем не менее Панин снова считал себя обиженным вследствие устранения его от государственной службы, на которую его если и призывали, то лишь в такие исключительные моменты, когда без него не могли обойтись и когда даже его враги не могли этому воспрепятствовать.
В начале 1789 года Пётр Иванович, уступая просьбам сына Никиты Петровича, полюбившего Софью Орлову, заставил себя забыть прежнюю вражду к Орловым и сделал предложение от имени сына Софии Владимировне; но отцу не было суждено дожить до свадьбы сына. Пётр Иванович скончался скоропостижно в Москве 15-го апреля 1789 года. Когда П. И. Панин скончался, великий князь Павел Петрович и его супруга были очень опечалены его смертью и выразили своё участие в письмах к Никите Петровичу; императрица же, по отзыву современников, отнеслась к известию об этой смерти «равнодушно».
Он был женат дважды:
жена с 8 февраля 1747 года Анна Алексеевна Татищева (1729—27.10.1764), фрейлина, дочь петербургского градоначальника А. Д. Татищева. Венчание происходило в присутствии великокняжеской четы; Анну Алексеевну повели из покоев императрицы, которая «убирала невесту к венцу» и присутствовала на свадебном балу. Анна родила в браке 17 детей, умерших во младенчестве при жизни родителей. Скончалась от скоротечной чахотки и похоронена в Ямской Предтеченской церкви в Петербурге.
жена с 29 апреля 1767 года Мария Родионовна Вейдель (1746—23.04.1775), фрейлина, дочь генерал-майора Р. К. фон Вейделя. Пётр Иванович очень любил её и постоянно, даже во время войны, брал её с собой. Умерла при родах пятого ребёнка, только двое из детей пережили отца.
Екатерина Петровна (1768—1776)
Никита Петрович (1770—1837), дипломат и вице-канцлер.
София Петровна (1772—1833), была помолвлена с Дмитрием Александровичем Новосильцевым; после с Дмитрием Фёдоровичем Козловым (ум. 1802), но отвергла этого пожилого жениха и выбрала себе мужа сама. В 1794 году стала женой сенатора Ивана Тутолмина (1760—1839).
